現(xiàn)代電測技術(shù)日趨成熟，由于具有高、便于微機(jī)相連實(shí)現(xiàn)自動實(shí)時處理等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在電氣量和非電氣量的測量中。然而電測法容易受到干擾，在交流測量時，頻率響應(yīng)不夠?qū)捈皩δ蛪?、絕緣方面有一定要求，在激光技術(shù)迅速發(fā)展的今天，已經(jīng)能夠解決上述的問題。磁光效應(yīng)傳感器就是利用激光技術(shù)發(fā)展而成的高性能傳感器。激光，是本世紀(jì)60年代初迅速發(fā)展起來的又一新技術(shù)，它的出現(xiàn)標(biāo)志著人們掌握和利用光波進(jìn)入了一個新的階段。由于以往普通光源單色度低，故很多重要的應(yīng)用受到限制，而激光的出現(xiàn)，使無線電技術(shù)和光學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)、相互滲透、相互補(bǔ)充。現(xiàn)在，利用激光已經(jīng)制成了許多傳感器，解決了許多以前不能解決的技術(shù)難題，使它適用于煤礦、石油、天然氣貯存等危險、易燃的場所。與其他光探測器相比，硅基光傳感器不僅具有更廣泛的用途，而且它們與其他電路的集成也非常容易，通常這使得它們成為更節(jié)省成本的解決方案。這也是它們的采用率如此之高的部分原因。盡管硅基光傳感器應(yīng)用廣泛，但能否選擇到合適的該種儀器將對設(shè)計(jì)性能產(chǎn)成巨大的影響。幸運(yùn)的是，根據(jù)大量應(yīng)用，現(xiàn)在已形成了用于選擇集成硅基光傳感器的通用標(biāo)準(zhǔn)。

　　通用標(biāo)準(zhǔn)

　　在硅基IC探測器領(lǐng)域，為特定的應(yīng)用選擇適合的探測器需要考慮諸多因素。這些因素包括光轉(zhuǎn)換的類型、轉(zhuǎn)換速率以及光譜響應(yīng)。集成的光傳感器可以將光轉(zhuǎn)換成不同種類的輸出，包括將光轉(zhuǎn)換成電流（LTC），電壓（LTV），頻率（LTF）以及數(shù)字信號（LTD）。它們對光做出響應(yīng)并以快慢不等的相應(yīng)速度輸出，速度（響應(yīng)時間）從幾毫秒到幾納秒不等。硅基探測器的光譜響分布于電磁頻譜近紫外（300nm）到近紅外（1100nm）這一范圍內(nèi)，包含了可見光（400~700nm）。應(yīng)當(dāng)注意的是，在這一范圍內(nèi)，光譜響應(yīng)并不一致。雖然上述3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)并不是選擇光傳感器時需要考慮的因素，但它們極大地縮小了選擇范圍，這樣可以對相似的器件類型使用的標(biāo)準(zhǔn)（比如成本和封裝）進(jìn)行選擇。

　　光轉(zhuǎn)換

　　LTV和LTC器件分別將光能轉(zhuǎn)換成電壓和電流輸出。這兩種器件有許多相同的應(yīng)用并可以交互使用。所以，請記住，在下面有關(guān)LTV器件的討論中，如果你使用電流替換電壓，那么討論結(jié)果也將適用于LTC器件。LTV器件在感應(yīng)到光的強(qiáng)度時，它的輸出電壓會增大或減小。器件的動態(tài)范圍是介于和輸出電壓之間的范圍。的電壓等級/輸出稱為暗電壓（Vd），出現(xiàn)在輸入光強(qiáng)度為0的時候?；蝻柡碗妷杭墑e對應(yīng)于光電二極管能夠轉(zhuǎn)換的光能量的輸入；即使光能量輸入超過該值，輸出電壓仍將保持不變。 LTV/C探測器適用于需要監(jiān)測光強(qiáng)瞬間變化的應(yīng)用領(lǐng)域，例如，在某條生產(chǎn)線上，有必要檢測快速移動的傳送帶上每個物體經(jīng)過某一點(diǎn)時光強(qiáng)的變化。通常，需要安裝一個A/D轉(zhuǎn)換器，作為傳感器和微處理器或其他類型控制器之間的接口。

　　LTF的動態(tài)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過LTV器件，它適用于需要更高分辨率的應(yīng)用場合。例如，動態(tài)范圍是4V而噪聲（暗電壓）是4mV的線性LTV器件可以提供1000個階梯，而動態(tài)范圍是1MHz,噪聲（暗頻率）是0.5Hz的LTF可以提供200萬個階梯，TAOSTSL237即為一例。LTF的頻率輸出需要使用一個頻率計(jì)數(shù)器或者微處理器進(jìn)行處理。LTD器件將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。然后，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被存儲在內(nèi)部寄存器之中，在那里，數(shù)據(jù)將隨著落在傳感器上的光強(qiáng)變化而成正比變化。LTD器件與微處理器之間通常使用各種不同協(xié)議之中的某一種作為接口，其中包括SMbus、I2C和SPI.這種器件的動態(tài)范圍是寄存器和取值之差。其數(shù)字接口也使得這些器件有一定的可編程性，可用來控制增益以及積分時間等量。大多數(shù)LTD器件是可尋址的，這意味著多個器件可以在單根總線上共存，從而將互連成本降到。TAOSTSL2563是帶有可編程增益和積分時間的LTD器件的一個例子。這個傳感器通過I2C接口為編程狀態(tài)提供了中斷功能。

　　轉(zhuǎn)換速率

　　光探測器又名"光檢測器",是光接收機(jī)的首要部分，光探測器是光纖傳感器構(gòu)成的一個重要部分，它的性能指標(biāo)將直接影響傳感器的性能。能檢測出入射到其面上的光功率，并把這個光功率的變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流。由于光信號在光纖中有損耗和失真所以對光探測器的性能要求很高。其中重要的要求是在所用的光源的波長范圍內(nèi)有較高的靈敏度、較小的噪聲，響應(yīng)速度快以適應(yīng)速率傳輸。

　　在許多應(yīng)用中，光探測器能否將光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)換成有用輸出的速度是應(yīng)考慮的一項(xiàng)重要因素。與輸出類型無關(guān)，光電二極管的偏置和尺寸是決定傳感器轉(zhuǎn)換速度的主要因素：光電二極管越大，電容越大，對光強(qiáng)的響應(yīng)就越慢。因此，反向偏壓被用來增加轉(zhuǎn)換速率。請注意，通常情況下，對于集成傳感器轉(zhuǎn)換速度的確定起限制作用的因素是集成電路，而不是光電二極管。盡管略有不同，但是LTV和LTC器件都可以被共同歸類為光模擬信號轉(zhuǎn)換（LTA）器件。因?yàn)槌斯怆姸O管之外，LTA器件只需要很少的電路--電流放大器（CA）或者跨阻放大器（TIA），所以該種器件提供了比LTF或LTD器件更快的響應(yīng)時間。LTA器件的速度可通過輸出的上升和下降時間進(jìn)行測量。如上所述，它不僅受偏置和光電二極管尺寸的影響，而且還與CA或者TIA的電容有關(guān)。除了受光電二極管的限制，LTF器件還增加了電流到頻率的轉(zhuǎn)換時間。通常，轉(zhuǎn)換會在電流轉(zhuǎn)換到目標(biāo)頻率輸出的一個周期內(nèi)完成。因此，LTF器件響應(yīng)產(chǎn)生1kHz波形的光強(qiáng)比響應(yīng)產(chǎn)生1MHz波形的光強(qiáng)要慢。如果要測量極弱的光強(qiáng)，對這一點(diǎn)的考慮會非常重要。LTD器件的速度與LTA或者LTF器件有些不同，因?yàn)長TD器件通常不是連續(xù)地在輸出總線上放置數(shù)據(jù)；并且通常只有在控制器發(fā)出請求時，它才提供數(shù)據(jù)。此時，數(shù)據(jù)才會被載入到數(shù)據(jù)寄存器。因而，轉(zhuǎn)換速率由總線的速度決定。

　　光譜響應(yīng)

　　光譜響應(yīng)指光陰極量子效率與入射波長之間的關(guān)系。光譜響應(yīng)表示不同波長的光子產(chǎn)生電子-空穴對的能力。定量地說，太陽電池的光譜響應(yīng)就是當(dāng)某一波長的光照射在電池表面上時，每一光子平均所能收集到的載流子數(shù)。太陽電池的光譜響應(yīng)又分為光譜響應(yīng)和相對光譜響應(yīng)。各種波長的單位輻射光能或?qū)?yīng)的光子入射到太陽電池上，將產(chǎn)生不同的短路電流，按波長的分布求得其對應(yīng)的短路電流變化曲線稱為太陽電池的光譜響應(yīng)。

　　了解應(yīng)用的光譜感應(yīng)要求，并使用具有合適的光譜響應(yīng)的傳感器與之匹配，這是一項(xiàng)重要的系統(tǒng)考慮。例如，使用近紅外LED的接近探測器，需要只對近紅外區(qū)域光譜能量進(jìn)行響應(yīng)的傳感器。并且這個傳感器一定不能對可見光區(qū)域的光能進(jìn)行響應(yīng)。要達(dá)到這樣的目的，可以使用外部可見光阻擋濾波器，或者選擇帶有集成濾波器的探測器。如果應(yīng)用需要只對可見光區(qū)域響應(yīng)，也需要進(jìn)行同樣的考慮，比如色度測量。這需要濾除太陽以及其他光源的近紅外能量，方法是使用外部或者集成的紅外阻擋濾波器。這種類型的應(yīng)用也需要紅、綠和藍(lán)（RGB）濾波器，外部的或者集成的都可以。

　　圖1 傳感類型與集成度

　　光學(xué)列陣

　　分離器要能保持良好的分離效果，需對其液位和壓力進(jìn)行控制。傳統(tǒng)分離器液位和壓力的控制采用定壓控制技術(shù)。在分離器的變壓力液面控制中，利用浮子液面控制器帶動油和氣調(diào)節(jié)閥，使其聯(lián)合動作，控制原油和天然氣的液量，完成對分離器中液位的調(diào)節(jié)，而不對分離器的壓力進(jìn)行控制。變壓力的液面控制方法可以地減小油氣出口閥的節(jié)流，減小分離器的壓力，提高分離效果。油氣分離器和油氣水三相分離器在油田接轉(zhuǎn)站和聯(lián)合站中有著廣泛的應(yīng)用。分離器要能保持良好的分離效果，需要對其液位和壓力進(jìn)行控制。

　　一些應(yīng)用有時需要搜集空間信息。這時可以采用許多分立器件或者集成光學(xué)線性列陣來完成。集成的光學(xué)線性列陣由許多像元或像素組成，它們通常排列在一條直線上。像素中心之間的距離被稱為像素截距，通常以每英寸內(nèi)的點(diǎn)數(shù)（dpi）給出。400dpi器件的像素截距是63.5μm.空間分辨率直接與dpi數(shù)值對應(yīng)；dpi越大，空間分辨率越高。對于給定的dpi,像素集的數(shù)目決定了器件的有效長度；例如，400dpi128像素的TAOS TSL1401的有效長度大約為8mm.這些器件的輸出可以是模擬的（通常是電壓）或數(shù)字的。這些器件的速度由積分時間（光被允許照射器件的時間）和時鐘速率決定。對大多數(shù)應(yīng)用而言，線性列陣是通過像素?cái)?shù)、有效長度、分辨率和時鐘速率來選擇的。線性列陣是掃描型應(yīng)用理想的選擇，但是它也適用于位置和邊緣探測。

　　結(jié)束選擇

　　一旦根據(jù)轉(zhuǎn)換類型、速率以及光譜響應(yīng)縮小了選擇范圍，的選擇就要基于其他標(biāo)準(zhǔn)，比如封裝類型、溫度范圍，當(dāng)然還有成本。典型的工作溫度范圍是商用（0~70℃），工業(yè)用（-40~85℃），汽車（-40~105℃）以及軍用（-55~125℃）通常，成本與硅的尺寸成正比。并且，硅基尺寸越大，成本越高。光的應(yīng)用傾向于更高的系統(tǒng)集成，見圖1,集成度越高，傳感器的復(fù)雜度越高，但各部件對應(yīng)用所起的作用卻越低。